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第1章 SAE AS 15531/MIL-STD-1553B数字式时分制指令／响应型多路传输数据总线1

1.1 引言1

1.1.1 发展的背景1

1.1.2 历史和应用概况2

1.2 MIL-STD-1553B标准3

1.2.1 硬件单元4

1.3　协议9

1.3.1 字的类型9

1.3.2　消息格式、确认和定时13

1.3.3　方式码18

1.4　系统级的问题23

1.4.1　子地址的使用23

1.4.2　数据环绕24

1.4.3　数据缓冲24

1.4.4 可变消息块24

1.4.5　样本的一致性25

1.4.6　数据确认25

1.4.7　主帧和子帧定时25

1.4.8　错误处理26

1.5　测试26

第2章　ARINC 429 Mark 33数字信息传输系统28

2.1 引言28

2.2　ARINC 41928

2.3　ARINC 42928

2.3.1 概述28

2.3.2　历史29

2.3.3　设计基本原理30

2.4　消息和字的格式33

2.4.1　信息流方向33

2.4.2　信息要素33

2.4.3　信息识别符33

2.4.4 源／目标识别符（SDI）34

2.4.5 符号／状态矩阵35

2.4.6　数据标准38

2.5　定时有关的各要素38

2.5.1　位速率38

2.5.2　信息速率39

2.5.3　计时方法39

2.5.4　字同步39

2.5.5　定时容差39

2.6　通信协议40

2.6.1　文件数据传输的发展概况40

2.6.2　面向位的通信协议41

2.7　应用44

2.7.1　最初的应用44

2.7.2　控制方法的发展44

2.7.3　经久不衰的ARINC 42944

2.8　ARINC 45344

第3章　商用标准数字总线46

3.1 引言46

3.2　总线结构46

3.3　总线基本工作方式47

3.4　CSDB总线能力48

3.5　CSDB的错误检测和纠正48

3.6　总线的用户监测48

3.7　综合事项49

3.7.1 物理综合49

3.7.2　逻辑综合50

3.7.3　软件综合50

3.7.4　功能综合51

3.8　总线综合的指导方针51

3.9　总线测试52

3.10　CSDB在飞机上的应用举例52

第4章　时间触发协议总线56

4.1 引言56

4.2　历史与应用56

4.3　TTP及TTA57

4.4　TTP基本原理58

4.4.1　时间触发通信原理58

4.4.2　数据帧格式59

4.4.3 TTP的外场可更换单元（LRU）59

4.4.4　可配置的表格驱动通信系统60

4.4.5　全局时间基准60

4.4.6 基于TTP的LRU作故障封锁区61

4.4.7　实时健康监测与余度管理62

4.5　TTP通信协议层的分层62

4.5.1　物理层62

4.5.2　数据链路层63

4.5.3　协议层64

4.5.4　容错层70

4.5.5　应用层71

4.6　使用TTP的系统综合74

4.6.1　互操作性74

4.6.2　可构成性75

4.6.3　综合和合作开发76

4.7　模块化和规模可变性78

4.7.1 TTP和DO-297/ED-124 IMA指南78

4.7.2　平台部件和模块78

4.7.3　应用软件的再使用80

4.8　小结80

4.8.1　飞机结构和TTP总线80

4.8.2　未来的展望81

第5章　头部安装显示器86

5.1 引言86

5.2　什么是头盔显示器（HMD）88

5.2.1 HMD的图像源89

5.2.2　光学设计92

5.2.3　头部装置93

5.3　HMD——视觉耦合系统的一部分96

5.4　HMD系统设计的考虑因素和折中处理97

5.4.1 目镜问题97

5.4.2　视场与分辨率98

5.4.3　高亮度环境下的亮度和对比度100

5.5　结束语102

第6章　视网膜扫描显示器108

6.1 引言108

6.2　航空电子用HMD面临的挑战109

6.3　CRT和MFP109

6.4　激光的优点和视力安全110

6.5　可用的光源和功率要求110

6.6　微视公司的激光扫描RSD的原理111

6.6.1 管理机构对RSD HMD基本原理的检验112

6.6.2 改进RSD图像质量113

6.7　下一步发展工作113

第7章　平视显示器116

7.1 引言116

7.2　HUD基本原理117

7.2.1　光学构造118

7.2.2　重要的光学特性121

7.2.3 HUD机械安装124

7.2.4 HUD系统硬件125

7.2.5 HUD认证工作131

7.3　应用及实例132

7.3.1　显示字符组和显示模式132

7.3.2　AⅢ类进近模式135

7.3.3　模式选择和数据输入136

7.3.4　HUD的引导命令138

7.3.5　HUD技术的新近进展139

第8章　夜视镜141

8.1 引言141

8.1.1 航空电子设备的一个成员——夜视镜141

8.1.2　什么是NVIS141

8.1.3　NVIS在航空中的应用历史142

8.2　基本原理144

8.2.1　工作原理144

8.2.2　夜间景象的图像增强（Ⅰ2）器145

8.2.3　NVIS只能在兼容照明条件下工作145

8.2.4　图像增强（Ⅰ2）设备在飞机上的使用148

8.3　应用及实例149

8.3.1 第三代NVG和AN/AVS-6型ANVIS149

8.3.2 第二代NVG和AN/PVS-5型NVG150

8.3.3 “猫眼”夜视镜151

8.3.4 NVG HUD151

8.3.5 ANVIS HUD152

8.3.6 PNVG152

8.3.7 小活动剖面NVG（LPNVG）152

8.3.8　综合系统152

8.3.9 NVIS的测试与维护153

8.3.10　照明设计考虑153

8.3.11 滤色片／照明源的类型154

8.3.12　飞机照明评估157

8.3.13　测量设备157

8.3.14 夜间照明——月相158

8.3.15 NVIS在民航中的应用158

第9章　语音识别与语音合成163

9.1 引言163

9.2　语音识别的工作原理：简单述评163

9.2.1　语音识别器的类型165

9.2.2　语音识别词汇165

9.2.3　语音识别器的操作方式166

9.2.4　减少错误的方法166

9.3　语音识别的最新应用168

9.4　语音识别在驾驶舱中的应用169

9.4.1 导航功能169

9.4.2　通信功能170

9.4.3　检查表170

第10章　人素工程及驾驶舱设计174

10.1 引言174

10.2　人素工程基本原理174

10.2.1 人素工程175

10.2.2　驾驶舱设计177

10.2.3　评估183

10.3　其他考虑因素184

10.3.1　标准化184

10.3.2　错误管理186

10.3.3　训练／资质和操作程序的综合187

第11章　合成视觉系统190

11.1 引言190

11.2　合成视觉技术发展背景191

11.3　合成视觉技术的应用192

11.4　合成视觉系统的基本原理193

11.5　合成视觉系统面临的挑战194

11.5.1 怎样相信数据库是正确的195

11.5.2　不在数据库中的障碍物和交通如何处理195

11.6　结论196

第12章　地形感知198

12.1 引言198

12.2　地形防撞告警的基本原理198

12.3　操作模式200

12.3.1　模式1——过大的下降率201

12.3.2　模式2——过大的接近地形速率201

12.3.3　模式3——起飞后掉高过大202

12.3.4　模式4——基于飞机构型改变的不安全离地高度204

12.3.5　模式5——低于ILS下滑道过多204

12.3.6　模式6——多种语音呼叫和提示报告205

12.3.7　模式7——风切变报警207

12.3.8　包络调整207

12.3.9　增强模式207

12.4 EGPWS标准209

第13章　蓄电池211

13.1 引言211

13.2　蓄电池一般工作原理212

13.2.1 蓄电池原理212

13.2.2 铅酸蓄电池213

13.2.3 镍镉蓄电池219

13.3　应用225

13.3.1 民用飞机225

13.3.2 军用飞机226

第14章 航空电子应用软件标准接口：ARINC 653236

14.1 引言236

14.2　为什么要使用航空电子操作系统236

14.3　为什么要开发操作系统接口237

14.4　总的系统结构237

14.5　软件分解238

14.6　RTOS接口239

14.7　应用软件240

14.8　RTOS本体241

14.9　健康监控软件的功能241

14.10　结束语242

第15章　Ada语言244

15.1 引言244

15.2　安全的语法245

15.2.1 等于和赋值245

15.2.2 语句群247

15.2.3 指名记法247

15.3　安全类型分类249

15.3.1 使用各别的类型249

15.3.2 枚举类型和整型250

15.3.3 约束和子类型251

15.3.4 数组和约束252

15.4　安全的指针254

15.4.1 访问类型和强类型254

15.4.2 访问类型和可访问性256

15.4.3　对子程序的引用257

15.4.4 向下封闭258

15.5　安全的架构259

15.5.1 包规范和包体260

15.5.2 私有类型262

15.5.3 类属契约模型264

15.5.4 子单元265

15.5.5 互相依靠类型265

15.6　安全的面向对象编程（OOP）267

15.6.1 OOP与SP267

15.6.2 重载指示器271

15.6.3 无调度编程271

15.6.4 接口和多继承272

15.7　安全的对象构建275

15.7.1 变量和常量276

15.7.2 常量和变量视点277

15.7.3 受限类型277

15.7.4 受控类型280

15.8　安全的并发282

15.8.1 操作系统和任务283

15.8.2 受保护对象284

15.8.3 会合287

15.8.4 雷文斯坎（Ravenscar）288

15.8.5 定时和调度289

15.9 更为安全的SPARK290

15.9.1 契约291

15.9.2 构造正确性291

15.9.3 核心语言293

15.9.4 工具支持294

15.9.5 例子295

15.9.6 结论296

第16章　机载系统和设备软件的合格审定事项298

16.1 引言298

16.1.1 DO-178B与其他软件标准的比较298

16.1.2 文件概述299

16.1.3　作为系统一部分的软件301

16.2　软件生存周期过程302

16.2.1　软件计划过程302

16.2.2　软件开发过程303

16.3　完整性过程303

16.3.1　软件验证303

16.3.2　软件配置管理305

16.3.3　软件质量保证305

16.3.4　合格审定联络过程305

16.4　其他考虑事项306

16.4.1 以前开发的软件306

16.4.2　工具鉴定307

16.5 附加指导307

16.6　小结308

第17章　航空通信310

17.1　空地通信310

17.1.1 历史310

17.1.2　无线电台介绍310

17.1.3　数据通信介绍311

17.1.4　ATC数据链介绍311

17.2　话音通信312

17.2.1 VHF话音312

17.2.2　HF话音314

17.2.3　话音通信发展315

17.3　数据通信315

17.3.1 ACARS概述315

17.3.2 ACARS航空电子316

17.3.3 ACARS管理单元317

17.3.4　VHF子网络317

17.3.5　卫星通信（Satcom）318

17.3.6 高频数据链（HFDL）319

17.3.7　VDL模式2319

17.3.8　数据链的发展319

17.4　小结320

第18章　导航系统322

18.1 引言322

18.2　坐标系322

18.3　导航种类323

18.4　航位推算324

18.5　无线电导航326

18.6　天文导航330

18.7　地图匹配导航331

18.8　导航软件331

18.9　设计权衡332

第19章　导航与跟踪334

19.1 引言334

19.2　基本原理335

19.3　各种应用338

19.3.1 沿一条直线的位置和速度339

19.3.2 在三维空间的位置和速度341

19.3.3 被跟踪目标的位置、速度和加速度342

19.3.4 三维空间中的位置、速度和姿态（INS辅助导航）344

19.3.5 作为观察量的单独GPS测量345

19.4　小结346

第20章　飞行管理系统348

20.1 引言348

20.2　基本原理349

20.2.1 导航350

20.2.2 飞行计划353

20.2.3 航迹预测358

20.2.4 性能计算365

20.2.5 制导368

20.3　小结374

第21章　空中交通告警与防撞系统375

21.1 引言375

21.2　组成部件375

21.3　监视376

21.4　受保护空域377

21.5　防撞逻辑378

21.6　座舱显示380

第22章　飞行器健康管理系统382

22.1 引言382

22.2　综合飞行器健康管理（IVHM）定义383

22.2.1　系统工程准则383

22.2.2　分层方法384

22.2.3　健康管理综合385

22.3 VHM标准的发展386

22.3.1 民用标准386

22.3.2　军用标准388

22.4　关键技术389

22.4.1　成员系统概念389

22.4.2　诊断389

22.4.3　故障预测396

22.4.4　智能推理机396

22.5　先进的IVHM系统举例398

22.5.1　霍尼韦尔公司的Primus Epic飞机诊断维护系统398

22.5.2　洛克希德·马丁公司的联合攻击机（JSF）维护系统399

22.5.3　霍尼韦尔公司的直升机健康与使用状况监测系统400

22.6　IVHM未来的发展趋势400

22.6.1　波音787飞机的机组信息系统／维护系统401

22.6.2　霍尼韦尔公司的感知和响应项目402

22.6.3　NASA的综合智能飞行器管理403

22.7　小结404

第23章　波音777飞机电传飞行控制408

23.1 引言408

23.2　系统概述408

23.3　设计方法409

23.4　系统结构410

23.4.1　驾驶舱控制410

23.4.2　系统的电子设备410

23.4.3　ARINC 629数据总线411

23.4.4　与飞机上其他系统的接口411

23.4.5 电源412

23.5　操纵面传动控制413

23.5.1 电传操作的传动413

23.5.2　机械控制413

23.6　容错414

23.7　系统运行模式416

23.8　控制律及系统功能能力416

23.8.1　俯仰控制416

23.8.2　偏航控制417

23.8.3　侧滚控制418

23.8.4　波音757飞机测试平台418

23.8.5　消除作动器加力飞行418

23.9　主飞行控制系统显示及通告419

23.10　系统维护419

23.10.1 中央维护计算机419

23.10.2　外场可更换单元419

23.10.3　组件调整420

23.11　小结420

第24章 电子飞行控制：从A320/330/340飞机到未来的军用运输飞机——容错系统系列422

24.1 引言422

24.2　电传操纵的原理423

24.3　系统主要特点426

24.3.1　计算机配置426

24.4　故障检测和重构428

24.4.1　飞行控制律428

24.4.2　作动器控制和监视器429

24.4.3　比较和鲁棒性429

24.4.4　潜在的故障429

24.4.5　重构429

24.4.6　系统安全评估429

24.4.7　警告和注意430

24.5　A340飞机电传系统特殊之处430

24.5.1 系统430

24.5.2　控制律430

24.6　设计、开发和确认过程431

24.6.1 电传操纵系统认证背景431

24.6.2　从A320飞机电传系统取得的经验432

24.6.3　从A340飞机电传系统取得的经验433

24.7　未来发展趋势435